TP02 - Muroz

TP02
熱伝導率測定用非定常プローブ
TP02 は試料の熱伝導率(または熱抵抗)を高精度レベルで実用的にかつ迅速に測定することができるプローブです。
このプローブは ASTM 規格－ D 5334-00/ D 5930-97、 IEEE 規格－ 442-1981 に準じています。
標準タイプの TP02 は土壌、沈殿物、食品、粉末物、塗料、接着料、など様々な物質の測定に適してることが証明されていま
す。非定常プローブ測定法/ Non-Steady-State Probe (NSSP＝またはトランシエントラインソース, サーモニードル, 熱ニ
ードル,ヒートパルス、ホットワイヤーテクニックとしても知られています) の基本的な利点は、試料のサイズを問わず、迅速にか
つ的確に計測できることです。 Hukseflux 社は NSSP 規格の設計を専門としており、屋外における現場測定用の特殊モデ
ルも開発されています。土壌に半永久的に設置できる専用モデルとしては、TP01 があります。
TP02 は Wageningen 大学の応用物理学グループとの共同開発によって設計された測定器です。
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1
2
3
4
ΔT, λ
5
6
T
図 1: TP02 非定常プローブは 2 点のサーモカップルジャンクションから成ります;ヒートジャンクション (3), コールドジャンクシ
ョン (4)、 (先端部分のコールドジャンクションは安定した温度を保たせます) それにワイヤー状のヒーター (2)です。このプロ
ーブを試料に差し込みます。本体部分 (6)には温度センサー (pt1000) (1)が内臓されています。本体とケーブルの接続部
分はゴム製カバーで保護されています（５）。
利点：・試料の温度の影響を受けない高精度温度勾配
・優れた高感度と安定性
・通常のケーブルやコネクターの使用可能
*ニードルの長さは 150ｍｍ直径 1.5ｍｍ
*標準ケーブルの長さは 2.5ｍ
概要
ここでは the American Society for Testing and
Materials (ASTM) と Institute of Electrical and
Electronics Engineers (IEEE)に基づいた熱伝導率
測定法を記述します。
ASTM D 5334-00、D 5930-97 及び IEEE Std 4421981 の " 標準テスト法" によって非定常プローブ/NonSteady-State Probes (NSSP) の様々なアプリケーショ
ンが特定されています。一般的に NSSP はワイヤー状のヒ
ーターとその温度を測定することのできる温度センサーによ
って構成されています。そしてこのプローブを試料に差し込
みます。NSSP の原理はこのヒーターのユニークな特長によ
るものです。一時的な準備段階後の温度上昇：∆T、ヒータ
ーの出力：Q、試料の熱伝導率：λ、で表記されています。
∆T = (Q / 4 π λ) (ln t + B)
∆T は K、 Q は W/m、 λ は W/mK, t は時間 s、 and B
は常数です。ヒーターの出力の測定と毎時間の温度をトレー
スすることによって(TP02 では通常 100s), λ の値が算出
されます。針の周囲半径 20mm までが試料でカバーされて
いれば、試料の大きさ自体は問題ではありません。
Q、 t 及び ∆T の測定は全て出力、時間、温度の直接的な
測定です。これらの測定にはリファレンス用の試料は必要あ
りません。 TP02 においての測定は絶対測定です。
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TP02 はユーザーの持っている測定器やコントロールシステ
ムを補足するものとして使用することができます。TP02 の
使用に際しては Campbell Scientific 社の CR10X 及び
CR1000 が最適です。
TP02 の設計
Hukseflux 社の TP02 は広範囲のアプリケーションに対
応出来るように設計されています。設計においては以下のよ
うな考慮がなされています：
高精度： TP02 には電圧出力 U、を出力する二つのサーモ
カップルジャンクションがニードルの中にが内蔵されており、
これは∆T に比例します。先端のジャンクションは加熱されま
せん。測定はニードルの根元から 1/3 の位置にあるヒート
ジャンクションと先端のコールドジャンクションとの差異によっ
て行われます。
この構成では測定開始前の電圧は試料の温度に関係なく常
に小さくなっています。設計上、ニードルには単一のセンサ
ーが内蔵されているため、低いシグナルの一番上に U シグ
ナルが現れます。
高温と低温の測定時にはこの二つジャンクションによって
高い精度を得ることが出来ます。さらにヒートジャンクションと
コールドジャンクションの両方を持つことによって、試料の温
度変化によるエラーを最小限に抑えます。
本体部分の温度センサー：本体部分の温度センサー
（Pt1000）は試料の絶対温度 T（ASTM の規格に基づく）を
確立するためのコールドジャンクションの測定をします。この
機能はサーモカップルの感度の温度補正のために使用され、
温度幅に関しての高精度を提供します。
製品・技術情報などコンテンツの著作権は、全て Hukseflux 社の帰属・所有です。
HUKSEFLUX™ THERMAL SENSORS . WWW.HUKSEFLUX.COM . [email protected]
TP02 の設計（続き）
温度、水分においての耐久性： TP02 に使用されている全
ての部品は温度に対する耐久性に優れています。TP02 の
本体とニードルはステンレス製で 100％防水対応です。
溶接による完全防水性のため、特に長期間の安定性に優れ
ています。
標準ケーブルとコネクター：温度センサーPt1000 を本体に
取り付けることによって一般的な銅配線のケーブルやコネク
ターを TP02 の延長ケーブルとして使用することが出来ます。
データプロセッシング： TP02 で得られたデータは一般的な
スプレッドシートアプリケーション（Excel 等）で見ることが出
来ます。
測定とコントロールの問題解決法： TP02 のマニュアルを
参照していただくかまたは Hukseflux にお尋ね下さい。
Campbell Scientific 社の CR10X と R1000 に対応する
プログラムも入手可能です。ターンキーシステムの要請も承
ります。TPSYS のカタログをご覧下さい。
マニュアル：TP02 のマニュアルは e-mail に添付する PDF
ファイルの形で無料配布しています。
高精度のキャリブレーションには CRC (キャリブレーションリ
ファレンスシリンダー）が入手可能です。
硬質土壌への挿入のための GT シリーズ導入チューブの要
請も承ります。
TP02 仕様
テスト法：
ASTM D 5334-00 と
D 5930-97、
IEEE Std 442-1981
ニードルの長さ：
150 mm
トレーサビリティー：
NPL
測定範囲 (λ)：
0.1 to 6 W/m.K
感度 (∆T)：
サーモカップル K,
ANSI MC96.1-1982
温度幅(ケーブルを含むセンサー全体)：
-55 to +180 °C
精度( 20℃での)：
+/- (3% + 0.02)W/
mK
温度依存の精度：
+/- 0.02 %/K
(追加として)
測定サイクル持続時間
図 2： TP02 のシグナルはログ計算で補正された時間のグ
ラフになっています。このグラフはあるポイントから直線に変
わります。このグラフの直線勾配は熱伝導率：λ に反比例し
ます。
キャリブレーション / ISO 9000
プローブの安定性の立証は国立物理研究所（NPL）に認定さ
れているキャリブレーションリファレンスシリンダー（CRC）を
使って毎年テストすることが出来ます。CRC は Hukseflux
が所有しています。TP02 は ISO 公認のラボでの使用に適
しています。
適応例
•
土壌や軟岩の研究
•
食品、プラスチック、粉末の研究
•
製造過程での品質テスト
•
素材の品質管理
•
土壌、食品物性学の教材
100 秒 (通常)
所要電源：
3 V, 1 Watt (max)
測定対象物/試料の条件：
半径 20mm 以上
顆粒状の物質、粉末、粘
土状・ゲル状・ぺ-スト状
の物質、試験前にドリル
で穴を開ける必要がある
場合もあります。
*さらに少量の試料につい
てはご相談下さい。
注意：詳細についてはマ
ニュアルをご覧下さい。
ニードルと本体の保護規格
IP 68
センサー全体の保護規格
IP 67
[ 英語原文 V 0616 ]
追加資料/ オプション
スタンダード： ASTM のスタンダード（資料）は
http://www.astm.org で入手できます。
別途設計： NSSP（非定常プローブ）の設計は Hukseflux
の専門分野です。また、小型化、耐久性・耐熱性の強化など
異なる要望に沿ったプローブの製作も可能です。
半永久設置型： TP01 は長期測定用に設計されています。
別途にカタログがありますのでそちらをご覧ください。
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